太阳光线双轴跟踪装置的机械系统设计

针对太阳光线跟踪问题,设计了基于天文学参数的闭环控制系统。检测传感器采用太阳能电池片作为太阳光线的感光器件,调整太阳光线与电池板的垂直偏差。在太阳光线双轴跟踪装置的性能分析及机械系统参数计算的基础上,设计了太阳光线双轴跟踪系统的结构,并对系统关键部件进行了计算和选型。     

高精度太阳跟踪传感器研究

针对现有光伏发电过程中太阳跟踪传感器检测精度低、检测算法复杂等问题,提出了一种基于光学位置检测原理的太阳跟踪传感器方案,方案利用线性CCD检测太阳光线位置后实现传感器和太阳方向的偏差角度测量。为提高光线位置检测精度,在现有的质心算法基础上进行了算法改进,采用加权质心算法对光线中心位置进行定位。同时,为了使传感器实现从日出到日落全过程中的太阳跟踪,传感器中嵌入了依据视日运动轨迹的太阳位置计算程序。实验数据表明,传感器的检测精度可达0.1°,验证了方案的可行性和准确性。     

星载太阳辐射监测仪的太阳程控跟踪精度

为了避免太阳敏感器(DSS)指向故障导致星载太阳辐射监测仪(SIM)功能失效,为风云三号(FY-3(03))卫星的太阳辐射监测仪(SIM)设计了备份跟踪方式程控太阳跟踪并分析了其跟踪精度。利用星上儒略日时间和卫星轨道瞬根,基于类基准地表辐射网(BSRN)算法推导了轨道坐标系太阳矢量、俯仰角和偏航角。将计算结果与卫星给定指向数据进行了比较。结果表明:太阳矢量三轴偏差均小于0.1°,俯仰角平均偏差为0.024 6°,偏航角平均偏差为-0.080 4°。对利用程序计算的多轨道指向数据进行了太阳模拟跟踪控制实验,结果表明:SIM俯仰跟踪控制精度优于0.1°,偏航跟踪控制精度优于0.05°。为保证在轨跟踪精度,试验了俯仰零点角和偏航零点角,其分别为80.46°和-36.96°。最终分析结果表明,俯仰程控跟踪不确定度为±0.318°,偏航程控跟踪不确定度为±0.316°,满足SIM太阳跟踪精度±0.5°的要求。设计的太阳程控跟踪降低了SIM对光学指向器件的依赖,提高了在轨太阳跟踪的可靠性。     

基于DSP的太阳能双轴跟踪控制系统的设计

为了更充分、高效地利用太阳能的热量,设计了以TMS320F2812为控制核心的太阳能双轴跟踪控制系统。该系统采用视日运动轨迹和传感器校正混合跟踪方案。首先DSP根据相关的理论公式和参数计算出白天太阳的高度角和方位角,并将其转化成相应的脉冲来控制步进电机进行一级跟踪,然后光电传感器检测实际太阳的位置,输出偏差信号来驱动步进电机进行二级校正跟踪,从而获得最大的太阳能热量。理论分析表明,采用该跟踪技术可以有效地提高能量接收率。     

双轴地磁传感器的参数标定与误差补偿

针对在双轴地磁传感器与卫星组合测量弹丸姿态的系统中双轴地磁传感器容易受外界误差因子干扰的问题,通过分析影响地磁传感器测量精度的误差因子,提出了一种参数标定和基于椭圆旋转的误差补偿算法。首先,假设双轴地磁传感器存在虚拟x轴,对传感器的误差因子进行建模,得到误差补偿模型;其次,对传感器双轴输出表达式中的参数进行标定;对双轴的测量值集合形成的椭圆进行旋转;最后,计算误差补偿模型中的6个参数。三轴无磁转台实验数据分析表明,该方法可以将双轴地磁传感器测量滚转角的误差精度控制在±2°之间,基本满足了弹丸姿态测量的要求。     

双轴式太阳跟踪装置控制系统的研究

介绍了双轴式太阳跟踪装置控制系统的原理及特点,设计了基于位置敏感探测器(PSD)的太阳跟踪器,实现对太阳的自动跟踪。控制系统同时采用太阳运动轨迹跟踪方法和传感器跟踪方法来完成1次跟踪,与以往2种模式相切换的控制系统相比,此系统的可靠性更好、跟踪精度更高、制造和运行成本低、性价比高,有广阔的应用前景。     

一种新型太阳能电池板跟踪装置的设计与实现

设计了一种新型太阳能跟踪装置,极大地提高了电池板有效发电量。采用四方平台并通过万向节将电池板的主要重量传递到支架上;通过两条细钢丝绳和两个步进电机的协调动作使太阳能板的姿态发生变化,使得电池板能准确跟踪到太阳;同时达到驱动电机耗能较小和输出有效发电量多的目的。该装置跟踪太阳的方位角可以达到180°,俯仰角能达到80°,步进电机的耗电量仅为传统两轴跟踪装置的20%。     

基于USB接口板的太阳能跟踪实验系统

在太阳能应用系统中,为了研究一种结构简单、成本低廉且跟踪精度高的太阳跟踪方法,提出了一种新型的双轴跟综实验系统,实现太阳法线方向的实时跟踪.系统以配以USB接口板的便携式微机(笔记本电脑)为核心,构建根据太阳光线与太阳能电池板夹角变化追踪太阳位置的光电传感跟踪模式,和根据基准时间变化计算太阳位置并进行追踪的时间跟踪模式两种实验系统,同时可通过步进电机和直流电机两种实验方式驱动双轴跟踪装置控制太阳能电池板的方位角和高度角,论文完成了测控系统的硬件和软件设计,装置的精度可以遮到0.5°,可进行各种条件下的太阳能跟踪系统的现场实验.     

复合传感器的高精度太阳跟踪系统设计与实现

针对现有太阳跟踪系统可靠性低,难以满足复杂环境工作的问题,提出了一种应用于复杂环境的高精度太阳跟踪系统,其采用风速、温度、湿度、阳光、限位和时间等传感器,通过信息融合和可靠性设计准则增强了系统的可靠性和鲁棒性;此外,在现有阳光传感器的基础上,设计出一种改进型阳光传感器,消除了现有阳光传感器的不足,提升了太阳跟踪精度。通过在某聚光光伏发电系统中的应用表明,设计的系统跟踪精度优于0.2°,连续工作27 d内未发生故障,表现出良好的鲁棒性、可靠性和一定的智能性。     

基于零磁通原理的微电流传感器的研究

为了快速准确地补偿微电流传感器的误差,提高微电流传感器的测量精度。根据零磁通补偿原理,研制了一种微电流传感器。微电流传感器包含感应单元、信号补偿单元以及信号处理单元,其中补偿单元采用有源与无源相结合的方法对输出电流进行相位和幅值补偿,信号处理电路用于实现对二次侧输出的微弱信号进行调理,放大。通过搭建实验平台,实验结果表明利用该补偿方法时电流传感器在测量μA级到m A级的工频电流时准确度可达到0.2级,且补偿方式方便快捷。     

基于STM32的双轴太阳能跟踪系统的研究与设计

针对目前太阳能跟踪系统出现的抗干扰性差、跟踪精度低等问题,研究设计了一套基于STM32F103VET6型单片机的双轴式太阳能跟踪控制系统,该系统融合了太阳角度跟踪模式和光电跟踪模式,通过单片机控制步进电机的转动达到跟踪太阳的目的;同时该控制系统加入了风速风向监测模块,当遇到强风暴雨等恶劣天气时,使得系统可以自动转动到一个受风力最小的角度,在一定程度上保护了控制系统,延长其使用寿命。     

碟式太阳能热发电双轴跟踪控制系统研究

针对碟式太阳能热发电中的双轴跟踪系统,采用视日运动轨迹跟踪结合太阳光传感器闭环跟踪的混合跟踪方法,提高了跟踪精度并降低了成本。基于LabVIEW开发平台,详细阐述了双轴跟踪实验装置硬件的搭建和控制软件的设计过程,并通过实验验证了控制方法的正确性和可行性。     

基于数字锁相放大的时栅传感器信号处理研究

针对时栅位移传感器对信号噪声和插补时钟频率稳定性敏感及需要时钟频率高的问题,提出了一种基于数字锁相放大技术的时栅位移传感器信号处理方法。该方法用STM32F4微处理器同步产生激励信号和采集时栅输出信号,不需采集正交参考信号,将正交参考信号和输出信号送入正交矢量型数字锁相放大器,实现角位移检测。研究了基于数字锁相放大技术的时栅传感器信号处理原理和算法,设计了A/D采集电路和窄带低通数字滤波器。仿真和试验表明:在信号噪声较大条件下,时栅位移传感器的误差控制在±1.1″以内,显著提高了精度。该方法只需采集一路感应信号即可实现传感器角位移检测,优化和简化了电路结构。     

面向立方体卫星的太阳姿态定位传感器设计及外场测试

为了提高卫星姿态定位精度,设计了一种面向立方体卫星的太阳姿态定位传感器。选择模拟式太阳定位传感器,以小孔传感器来组成光学头部,同时利用微控制器对光电池片进行信号处理。选择兼容I2型号芯片作为实验的隔离芯片,为接口配备了低功耗双向隔离器,保证敏感电路的正常工作状态。外场测试得到:定位传感器采集得到的入射角和STK结果之间形成一个固定差值,可以利用后续实验标定的方式来弥补此差值。最大入射角等于40.25°,最小入射角等于39.02°,由此计算得到入射角3σ,能够达到的测量精度是0.05°,实现了稳定测试目标。     

太阳集热器跟踪台的设计与控制

介绍了一种用于太阳集热器测试系统的太阳跟踪台,它采用双轴跟踪方法,由两个步进电机分别驱动垂直回转转台和水平回转转台,带动集热器转动实现对太阳的全天候实时跟踪。介绍了跟踪控制算法和实现方法,以及跟踪台调整和跟踪精度校正方法。实现了太阳跟踪误差小于2°。     

基于MEMS传感器的起重机吊钩运动实时监控系统

针对起重机吊钩运动状态的实时监控问题,设计并实现了一种基于MEMS传感器的吊钩运动监控系统。利用微型加速度计和磁强计实时测量了吊钩的二维倾角和水平方位角;分析了多种不同的磁强计补偿方法,针对强磁环境下水平方位角误差较大的特点,提出了一种基于T-S模糊逻辑的吊钩旋转角误差补偿方法;研制了系统样机,并进行了性能测试。研究结果表明,起重机吊钩倾角测量精度达到0.3°,平面旋转角精度达到0.8°,可满足实际应用要求,具有良好的应用前景。     

面向太阳跟踪控制的新型传感器原理与设计

为了测量太阳光的照射角度,降低太阳能跟踪控制器成本,设计一种用于测量照射角度的低成本、高性能角度传感器。两对相同的光电池对称安装在一个倒金字塔的四个面上,在光的均匀照射下产生的电流将会映射为数学角度。传感器样机通过一个专用实验仪器被置于特定的受控室内环境中,模拟不同的光照强度以及光源入射角,测量传感器电流,计算光源角度并与给定的角度值进行对比分析。传感器制造和装配产生的误差会通过传感器控制系统得到补偿。试验结果表明:在测量范围为±10°时,该角度传感器模型测量精确达到±0.3°,对光敏感度高,相对其他测量仪更具优势,满足太阳能跟踪控制中对太阳光角度传感器的要求且制造成本低、体积小。     

斜轴式天文望远镜机架的驱动控制

针对斜轴式天文望远镜传统机架中的非垂直轴系结构会导致像场旋转,从而影响天文望远镜指向和跟踪控制的问题,研发了新的45°斜轴式天文望远镜机架。设计时,选取太阳为跟踪目标来搭建硬件机架驱动控制系统;利用图像传感器实时捕获目标,经数字信号处理(DSP)芯片精确解析目标质心,通过图像消旋解耦出方位与斜轴两方向的偏差。然后,结合模糊控制与神经网络的各自特点,设计了单神经元模糊自适应PID控制算法实施偏差调节,以实现对目标的定位与跟踪。实验结果显示,该驱动控制系统的水平与斜轴方位的跟踪偏移误差均在±2pixel以内,水平指向偏移误差均值为0.123 2°,俯仰指向偏移误差均值为0.155 3°。得到的结果表明该驱动系统鲁棒性强,能够克服斜轴机架像场旋转导致的控制问题且满足精度要求。     

硅微谐振压力传感器自动增益控制与相位补偿研究

硅微谐振压力传感器检测信号的幅值稳定性与频率跟踪性对其性能至关重要,但目前幅值控制与频率跟踪方法的非线性特征会造成谐振器振动频率的非线性变化,限制了传感器综合精度的进一步提升。为降低谐振器振动频率非线性变化的影响,基于自动增益控制(Automatic gain control,AGC)的线性化分析理论,建立高Q值硅微谐振压力传感器自动增益控制和相位补偿模型,分析AGC幅值控制和频率跟踪线性化的控制特性,以及相位补偿对闭环控制性能的影响。基于自动增益控制(AGC)的自激驱动被证实可使谐振器稳定工作于谐振频率,且保持幅值稳定,通过Simulink/PSpice建模仿真,验证非线性系统线性化分析的准确性。同时基于自动增益控制与相位补偿模型设计与制作的硅谐振压力传感器控制电路,经测试可使整表频率稳定性优于±0.05 Hz@采样周期5 ms,综合精度优于±0.02%FS,实现自动增益控制在谐振压力传感器的工程化应用,解决了谐振器频率跟踪非线性引起的传感器性能下降问题,可广泛应用于高Q值谐振器闭环控制。     

微型捷联航姿系统误差分析与补偿

针对由三轴磁传感器、三轴加速度计和三轴速率陀螺构成的九轴传感器航姿系统,基于九轴传感器的姿态解算方法,详细分析了传感器的误差来源并建立了与之相适应的误差数学模型;根据传感器自身特点和九轴传感器的测量特点提出了相对应的误差补偿算法。试验结果表明,磁通门传感器的航向角最大误差由补偿前2.6°降低为补偿后0.19°;补偿后加速度计的俯仰角最大误差为0.19°,倾斜角最大误差0.19°;速率陀螺的静态误差补偿在4 min之内航向角误差为±0.2°,俯仰角补偿后误差±0.3°,倾斜角补偿误差±0.3°;当速率小于14.7(°)/s时,动态误差控制在±0.95°。